矿大工程热力学套题答案

套题1参考答案一、填空题（每题2分，共10分）1、一切定压2、准平衡过程 无内部耗散3、增大、减小4、75%75%5、pv zRT 实际气体的比容二、是非题（每题1分，共10分）（对者V,错者X）12、X 3、X 4、X 5、X 6> V 7> V 8> V 9> V 10、X三、简答与作图题（每题5分，共25分）1、答:不可逆过程相应外界的熵变化量大。原因如下:不可逆时:SsoIIS sys S sur 0可逆时：SisoSsys因系统可逆与不可逆时,初、终态相同，则Ssys S sys，于是SsysS sys2、答:未饱和空气干球温度t>湿球温度tw>露点温度tdp饱和空气干球温度t=湿球温度tw=露点温度tdp3、答：TS4、答:应采用渐扩喷管，主要原因如下：由截面面积和流速变化关系式：对于超音速M 1，因此欲加速超音速即de 0，知必须df 0 ,故要选 择渐扩喷管5、答1 2压缩机2 3冷凝器3 4 节流阀4 1蒸发器制冷量 q h h4，制冷系数四、计算题（共40分）1、解：过程Q( kJ)W（kJ）AU (kJ)1-21390013902-30395-3953-4-10000-10004-10-55根据热力学第一定律解析式:Q U W分别计算。U12 Q12 W121390W12 Q12 U12395U12 Q12 W121000因为：dU 0 所以： U41( U12 U23 U34)5KJ故：Wn5KJ因为循环中 W < Q 390KJ 0，所以该循环为正循环。2、解:1）若过程为可逆的，则:由绝热过程方程式:得：卩21.89 bar得：T2258K胀功P2 k)P10.287 3400.410.4匸89严59.1 KW熵变：因为为可逆绝热过程S 0内能:焓变:U W 59.1 KWH k U 82.7 KW2 ）过程进行绝热真空自由膨胀为，为不可逆过程则由第一定律：QU WW0U0所以：T1T2340K所以p20.55 2.5bar由于T1T2所以H 0熵变SRln旦0.287ln-0.2 KJ/kg.KP213、答:a）由表中可查得：45 C时的饱和压力为Ps 9.582 KPa则相对湿度为70%湿空气中水蒸气的分压Pv 9.582 70%KPa则露点温度为tdptdp 386.70746.62439386.9916.624求得露点温度为:tdp 38.227b）由于35 C低于露点，因此定压冷却后为饱和状态相对湿度为分压力即35 C对应的饱和压力 5.622 KPa。6.7074100% ,4、答：这是喷管的校核计算问题因为 也也 英 0.375 0.528则喷管出口压力p2 pcr 0.528 4 2.112 MPak 1PlvP10.4560 0.5281.4466.6KC22cp（T2） 433.1m/ sV2RT2P20.287 466.62.112 1030.06341m2/kgC2 f2V286 10 4 433.10.0634158.74kg /sP0P145、解:1）用卡诺定理证明由卡诺定理工作在Ti和T2之间的热机最大热效率为T225040037.5%热机实际效率为:W 20 * 3600Qi104750所以，此热机不可能造成2）用克劳修斯定理证明热机对低温热源放出的热量为Q2 Q1 W104750 20* 360032750kJQQ1Q210475032750130 0TT1T2400250所以不可能3）用孤立系统熵增原理证明套题3参考答案 ?填空题（共10分，每空1分）1. pdv, vdp2. 25 C , 20 C , 18 C3. 不变，减小，减少4. 任何热力5.30n.判断题（10分，每题1分）1. V 2. V 3. X 4. V 5. X 6. X 7. X 8. V 9. X 10. X川.简答题（30分，每题6分）1. 答:相同点:1）都通过系统边界传递。2）均为过程量，非状态量。3）不仅和系统初终状态有关，而且和初态变化到终态的路径有关。不同点:1）驱动力:功（力）；热（温差）2）体现参数:功（体积）;热（熵）3）品质:功（咼品质有序能）；热（低品质无序能）功可完全转变为热量。反之，不能完全。2. 答:3. 答:心 d |d4. 答:所以：W12 W1a2.由于曲线12下面面积大于曲线1a2下面面积,H为状态参数，故AH1a2由第一定律Q U W,故Q12 Qia2.5. 答:两热机效率相同由卡诺定理知：同样热源间工作的可逆热机效率均相等。IV 计算题（共50分1.解:1)PiViRgTi=0.04m3 / kgP2V2RgT23°287 104900.11MPa1.27In/Ti)ln( v1 / v2)ln(490/1173) 11.252In (0.04/1.27)2)Cv(CpRg)(1.005 0.287) (490 1173)490.4kJ/kgCP1.005 (4901173686.415kJ/kgn 1(匹厂)P11.2521.40.2520.287 11730.11 y-252 .(1 () 779kJ/kg1.252 18.50.718 (490 1173)1.2521288kJ / kgOr qw 490.4779288.6kJ / kgT1Rg lnV2V10.718,490 ln11730.2871.27 ln0.040.63 0.990.36kJ/kg.k2. 解:1)临界压力:Pcr0.528p10.528 0.60.3168由于Pcr Pb,因此应选择缩放喷管。2)P2 Pb 0.2MPak 1T2洋厂T1P10 2 04(矗严 600 438KCf2.2cp (T1 T2)2 1005 (600 438) 570.6m/sqm3.解:1)2)RgT20.287 1 03 4 38P2Cf 2 A2Qi0.2 10630.629m /kg570.6 25 10 40.6292.27kg/s120000kJ/h Q266000kJ/h1 QQ1Sjso660001200001 0.55 0.45Q1Q212000066000 54000kJ /h 15kwShSl123.336600096.67kJ/K.h>03001657.428 609.4271954.2 1657.4281)故为不可逆.4. 解:2)套题5参考答案?.判断题（10分，每题1分）1. V 2. X 3. V 4. V 5. V 6. X 7. V 8. X 9. V10. Xn .填空（10分，每空1分）1. 热力学能，宏观动能，宏观势能2. 大,小，03. 大于4. 流体流速，当地音速5. 过热川.简答题（30分，每题6分）2.答:见下图，绝热加湿后（近似等焓）干球温度将减小，湿球温度不变，露点 温度升高。2. 答:见下图3.答:取闭口系统和热源组成孤立系统孤立系统熵变等于两者熵变之和，即:SisoSsysSreservoir6002523kJ/k300>0所以，可以实现，且过程不可逆4.答:不同意。熵为状态参数，两者初终态参数相等，故熵变相同5. 答:制冷系统COP表达式为,其中Ti和T2分别为高低温热源温度。对空调机夏季工况来说，Ti.为室外温度，当Ti.升高时，由上式可见 COP会降低。IV 计算题(共50分)2.解:由第一定律表达式EinEoutEsys由题意知：Ein =50 kJ, E out =8+5=13 kJ.可见，水的内能变化UEsysEinEout50 13 37kJ2.解:(a)由于，应选择缩放喷管。(b)P2Pb 0.1MPaT2k 10.4严产450(04严P10.4302.83KCf2 2cp (T1 T2),2 1005(450 402.83)543.57m/sV2RT>3 320.8689 10 3m3/kgP2A2魁 2.49 10 6m2C23.解:(a)由闭口系统能量方程Q UW mc, T W 0.250.747 (298 393) 89.74kJ(b)s m(cv In -2 Rg In -P2)TiPi0.251.044 In298 0.297 In01253930.250.0167kJ/(kg K)(c)孤立系统熵变为SisoSenviornment9 740.01670.016kJ/k0298故该过程为不可逆的4.解:使用2种方法求解.1)使用公式解析法;由h-d图:15 C 和 32°C的饱和压力分别为:ps(15 C )=1.71kPaPs(32 C )=4.76kPad10.622lP£ -P 1Ps10.4 1.710-622100 0.4 1.710.004283kg/ kgdryaird20.6222P1-P 2 Ps20.622.76100 0.74 760.02144kg/ kgdryair1.86t1)1.00515 0.004283(2501 1.86 15)h21.005t2 d2(250187.0575kJ / kgdryair1.86t2)1.005320.02144(25011.86 32)由冃匕里方程，得:h3qmAqm2h2qm1qm240 25.9063 30 87.05757052.1140kJ/kgdryaird3qm1d1 qm2d2q m1 q m240 0.004283 30 0.02144700.01164kJ / kgdryairh31.005t3 d3(2501 1.86t3),所以1.005t1 d1(250125.9063kJ / kgdryairt3h3 2501d31.005 1.86d3521140 2501 OX64 22.41.005 1.86 0.01164Ps32.7kPad3P0.622ps3 d3Ps30.01164 1000.622 2.7 0.01164 2.72) 采用h-d图法求解。见下图富(TM>套题2参考答案15分）1、C2、DC6、B7、AB11、A12、BD、多项选择题（每小题2分，共1、 ACDE2、AE一、单项选择题（每小题1分，共10分）3、D4、A58、A9、C1013、B14、B153、AD4、BDCDE三、填空题（每小题1分，共10分）2、热力学能、宏观动能、重力位能4、Cv（T2 T1）6、 22、 128、环境温度1、孤立3、650T25、Cn ln -7、当地音速9、多级压缩、中间冷却四、简答题（每小题5分，共25分）1、答：它们共同处都是在无限小势差作用下，非常缓慢地进行，由无限接近平衡状态的状态组成的过程它们的区别在于准平衡过程不排斥摩擦能量损耗现象的存在，可逆 过程不会产生任何能量的损耗。一个可逆过程一定是一个准平衡过程，没有摩擦的准平衡过程就是可 逆过程。2、答：1kg 气体 :pv=R rTmkg 气体 :pV=mR rT1kmol 气体： pV m=RTnkmol 气体： pV=nRTRr 是气体常数与物性有关， R 是摩尔气体常数与物性无关3、答：干饱和蒸汽： x=1,p=p st=t sv=v ",h=h" s=s "湿饱和蒸汽： 0<x<1,p=ps t=t sv<v<v “，h 'vh<h “, s 'vs<s "4、答：流速为当地音速 （Ma=1） 时的状态称为流体的临界状态。 流体临界状态的压力 （临界压力 ）与其滞止压力的比值，称为临界压 力比。理想气体的临界压力比只与气体的物性有关（或比热比 k 有关 ）5、答：汽耗率是每作1kw h功（每发1度电）的新蒸汽耗量（汽耗量）。热耗率是每作1kw h功（每发1度电）的耗热量。热耗率与热效率是直接关联的，热耗率越高，热效率就越低； 而汽耗率与热效率就没有这种对应关系，汽耗率低不一定热效率 高，汽耗率高也不一定热效率低。五、计算题（第41、42、43每小题5分，第44题10分，共25分）1、解：Cv=1229J/(kg)W=0U=mc v(T2 Ti)=2、26 XI、229 X(591 477)=317kJQ= zU=317kJT591S=mc vln =2、26 X1、229 Xln =0、595kJ/KT14772、解:Sg二100050027310001500273=0、73kJ/KEx1 =T 0 - Sg=(273+25) X0、73=217 、 5kJ3、解：P2= 05=0、214<0、528为缩放型喷管 P10.7T2=T 1(=1073 X(=691KC2= - 2Cp(T1 T2) =2 1004 (1073 691) =876m/sM2= C2=1、66 a24、解：(a)25 C的饱和压力为 3.169kPa所以 pvps 0.75 3.169 2.38kPa97.62kPa干空气分压力为Pa B Pv 100 2.38(b)含湿量为,0.662巳 dB Pv0.0152kg/kg(c)单位质量干空气的湿空气焓值为h ha dg63.8kJ /kga(d )干空气质量为:套题4 -参考答案?填空题(每空1分，共10分)1. 减小，02. 416 kJ , 582.297 kJ3. > , < , >4. 准静态过程，过程无耗散5. 30n.判断题(每题1分，共10分)1.V 2. X 3. X 4. X 5. X 6. X 7. X 8. X 9.X 10. X川.简答题(每题6分，共30分)3.答:Fig. (a)Fig. (b)如上图所示，随着增压比的增加，活塞式压缩机的有效容积V减小，因此容积效率随着增压比的增加而减小。至某一增压比后其容积效率将等于 0.4.答:由p-v和t-s图可见对b情况q>0u<0 、w>05.答:非饱和湿空气,td>t b >t dp饱和湿空气,t d=t b =t dp见下图5.答:theSince the area below the curve 12 is larger than that belowcurve 1a2, W2 Wa2H is a state property, thusH 仁Since Q U W , we haveQ12 Qia2.4. 答:1 2压缩机2 -3冷凝器3 4节流阀4 -1蒸发器制冷量 q g h4,COP源放热量。再根据热效率的定义式：，可求结果,Q2表示向低温热 见下表。t ,max1T2 1 8°0 62.5%IV .计算题（共50分）3.解:1）由能量方程W Q1 Q2,其中W表示热机作功量；Q1表示从高温热源吸热量;2）工作在527 C和27 C热源间的热机最大可能效率故，热机A不可能；B不可逆；C为可逆。热机吸热(kW)放热(kW)作功(kW)热效率（%）A250.060.4189.676.0B250.017080.032.0C250.093.75156.2562.52解:1)T21 03(乔)1.3 300 510.4K2)wt1 30.287 (510.4 300)0.3261.7kJ/kgcv ln t2Rg lnT1gP2P10.718ln510 0.287300In0.1=-0.28kJ/(kg.k)3. 解:1）初态水蒸气分压力为:Pv1Ps 50% 5.6263 2.81315KPa水蒸气28 C的饱和压力为 3.7814kPa因此，空气露点温度低于28 Co故终态空气无水蒸气凝结即 d 1=d 2.所以水蒸气分压力pv2=p v1 =2.81325 kPa2)干空气分压力 pa=p b-p v=100-2.81325=97.18685kPa3）相对湿度Pv2Ps22.813253.781474.4%4解:1)临界压力pcr0.528p1 0.528 0.6 0.3168由于Pcr Pb,因此选择缩放喷管。2)P2 Pb 0.2MPan 1(山尸T1P11 03(亦)1.3 300 "WKCf22Cp(T, T2)2 1005 (600 438) 570.6m/sRgT20.287 1 03 4 38P20.2 1060.629m3 / kgqmCf 2A257°6 25 10 42.27kg/s0.629、判断题（每题1分，共工程热力学试卷-A参考答案10分）1、X 2、“5、V 6、V 7、x 8、x9、V 10、x二、填空题（每空1分，共10分）1、P Pb Pv2、物质 能量7r2减小三、简答题1、答：注：每条线2分，共6分。2、答：如右图所示。1 ）作40°C等温线和25 °C等:2）过25°C等温线和100%作等焓线，和40 °C等温线的 交点即为所求点。（2分）3）沿所求点做垂线和100%§2。2224 飾郡隸空汽x卍阳 【空*1圧力aiMPij温度即为露点温度。查得（约）td 190C3、答：1 2压缩机（1分）2 3冷凝器（1分）3 4节流阀（1分）4 1蒸发器（1分）制冷量 q hi h4 , （1分）制冷系数（1分）4、答：查水蒸气表，p 0.5MPa 时，h" 2748.5kJ/kg ; h' 640.10m3/kg （3分）h" h 2656kJ / kg h'，（ 2 分） 所以水蒸汽为湿饱和蒸汽。（1分）5、答:(a)(b)(c)由喷管流动规律知，在亚音速时,（a）和（c）可作为喷管。（4分）在超音速时，（b）为喷管。（2 分）四、计算题1、答:由多变过程方程式4ln 可得：np10.21.61 1.16( 2 分)In 21.39V20.5由理想气体方程可得:PVL 1 0.5 (273 40)391.25K( 1 分)p1V10.2 2由理想气体状态方程 P1V1 mRTP1V1RT0.2 2 106287 3134.45kg ( 1 分)内能变化Umcv T4.45 0.717 (391.25 313)249.67kJ(1 分)焓变化Hmcp T 4.45 1.004 (391.25 313)349.6kJ(1 分)熵变S m(cp Incv ln -P2)V1P14.45 (1.004 ln。25 O.717 ln5)(2 分)4.45 ( 1.392 1.154)1.06kJ/(kg K)n 10.16功Wm-RT1 (1 P2 n )0.287 3134.45 -（15狂）621kJ(2 分)n 1P10.16由第一疋律热量QUW 249.67621371.33kJ（2 分）或Q mnkCv,16 1T 4.4540.717 78.25374.5kJn10.162、解：1）取容器A内气体为所研究系统，由于容器绝热，且不做功，Q 0 andW 0.（2分）故U 0.（1分）U Ua mACA（T Ta）二 T Ta（3分）2）S Rln 並 0.287 In60.51kJ/kg（ 2W1分）3）因为温度不变，理想气体焓仅为温度的单值函数，故H 0（2分）3、解:这是喷管的校核计算问题1）临界压力 pcr 0.528 P10.528 0.6 0.3168MPa（ 2分）2)Pb Pcr则喷管出口压力P2pcr 0.3168 MPa(2 分)k 1P1Ti0.4(苛严 600 500K(2 分)Cf2.2cp 仃1 T2 )2 1004 (600500)448.1m/s(2分）rt2P2倍 5000.453m3/kg0.3168 103(2分）425 10448.1V20.4532.47kg/s(2分）Solutio n:A）计算法:由水蒸气表，查得:s1 (30)4.295kPas2 (20)2.364kPa(1 分)可得:d1622 Ps1B0.8 4.295Ps1622100 0.8 4.29522.132g/ kg(air)(1分）d2622BPs2Ps26220.6 2.3648.949g/kg(air)100 0.6 2.364分）ma1m16001 0.001d1587kg / min1 0.022132(1 分)ma2m21 O.OOd1501 0.008949148.67kg/min分)h1 1.01t 0.0001d(2501 1.85t) 1.01 30 0.022132 (2501 1.85 30) 86.88kJ/kg( 1 分)h2 1.01t 0.0001d(2501 1.85t) 1.01 20 0.008949 (2501 1.85 20) 42.91kJ/kg (1 分)ma3h3ma1hima2h257378735.6778kJ/kgma1h ma2h2587 86.88 42.91 148.67h3ma3587 148.67分)ma3d3 mad ma 2d 2d3madmd?ma3587 22.132 148.67 8.949587 148.6714322735.6719.47g/kg air分)h31.01t30.001d3(2501 1.85t3)t3h3 2.501d31.01 1.85 0.001d378 2.501 19.471.01 1.85 0.0194729.311.046280C(2分）Bd3d3Ps3 622 Ps30.804 80.4%101325 19.47(622 19.47) 3825（2分）B）作图法：做交点A（温度300C和相对湿度80% ）和B（温度200C和相对湿度60% ）(1 分)按照比例ACma2148.670.253，确定C，即为所求混合点BCma1587（1分）由表查得tc 280C,80%（1 分）U1輕M飒斎